三明变压器局域电力即时勘验程序的构件研讨剖析

　　Hilbert分形天线仿真与优化设计Hilbert分形天线体积小，可作为内置式超高频天线通过三明变压器放油阀置于三明变压器内部，实现三明变压器局部放电在线监测。分别设计了2阶和3阶Hilbert分形天线，采用Ansoft电磁场仿真软件，计算Hilbert分形天线谐振频率fr及其输出阻抗Ro，并分析了分形天线外围尺寸L、分形天线阶数n、天线导体宽度b和馈电点对fr和Ro的影响。

　　Hilbert分形天线采用印制电路板制作，电介质板的介电常数和厚度由仿真优化确定。仿真设置电路板相对介电常数优化范围为3～5，板厚度为1～3mm，分形天线频带范围为300kHz～3GHz，仿真终止条件为谐振频率处驻波比低于2。1所示为采用中心馈电的2阶和3阶Hilbert分形天线的fr和Ro随天线L、n和b变化的仿真计算结果，最优的电介质板介电常数和厚度分别为4.4和1.6mm。由1可见，fr随L的增大而降低；n的增加会导致fr降低；随着b的增加，fr会相应提高。

　　同时可以看出，增加n会引起Ro增加，减小b会提高输出电阻Ro。对于采用中心馈电的Hilbert分形天线而言，很难通过调整天线参数使Ro接近50Ω，不利于与50Ω传输电缆匹配。

　　通过改变馈电点位置，可改变谐振频率点天线的输出阻抗。2所示为L＝30mm、b＝2mm的3阶Hilbert分形天线分别在如2所示的5个馈电点馈电时，天线在谐振频率点fr的输出阻抗Ro的仿真结果。可以看出，fr随馈电点位置的改变很小，而Ro却随馈电点位置发生很大变化；当馈电点设计在点4（如2所示）时，天线Ro最接近于50Ω。

　　模型试验5所示为3种典型三明变压器油纸绝缘缺陷。5（a）中高压电极和接地电极直径为200mm，厚度为10mm，气隙放电模型中采用3层纸板叠加制作，中层纸板中心孔径为100mm，绝缘纸板厚度为0.5mm，直径为500mm；5（b）中高压电极和接地电极尺寸与5（a）中所用电极相同，绝缘纸板厚度和直径也相同；5（c）中高压针电极锥角度为5°，针身直径为10mm，接地电极与其他2个模型接地电极相同，针板电极间隙高度为10mm。

　　局部放电超高频信号功率谱分析7所示的3种缺陷模型局部放电实测脉冲信号的功率谱如12所示。可见，气隙放电的分形天线实测脉冲信号（a）能量分布在200MHz以下、400～700MHz及900～1200MHz等频段，且在183MHz、478MHz和1210MHz3个频率点能量相对较高；沿面放电的分形天线实测脉冲信号（b）能量分布频段与气隙放电相似，但在超过600MHz频段的能量很低，在40MHz、183MHz和478MHz频率点上的能量相对较高；油中电晕放电的分形天线实测脉冲信号（c）能量集中在40MHz，在120MHz和195MHz2个频率点具有一定的能量。

　　以上分析明，Hilbert分形天线对3种不同类型局部放电响应信号的功率谱具有明显的差别，可用于区分不同类型的局部放电，为进一步提取局部放电超高频信号特征，进行局部放电模式识别，判断三明变压器内部故障类型奠定了基础。